Se inventa el primer osciloscopio óptico del mundo | Osciloscopio ondas | Ejemplos de uso del osciloscopio | Aplicaciones del osciloscopio en la ingeniería | Longitud de onda de la luz | Para que sirve la luz visible

Investigación y desarrollo del primer osciloscopio óptico en la historia

Así como lo leen, y es que en una última publicación de la revista Nature Photonics, se muestra el trabajo  referente a lo que es la invención del primer osciloscopio óptico del mundo, esto es algo novedoso debido a que es muy complicado detectar el campo eléctrico de una onda de luz. Los osciloscopios convencionales o que la mayoría de estudiantes e ingenieros en electrónica usan, son solo capaces de detectar las frecuencias más bajas, ya sea de radio, microondas o que llegan a un rango máximo de Giga-Hertz, y es así que un equipo de trabajo de la Universidad de Florida Central desarrolló el primer dispositivo que es capaz de convertir las oscilaciones de una señal de luz en una señal eléctrica, para de esta manera poder ver en una pantalla como lo hacen los osciloscopios.

Es realmente un desafío poder detectar este campo eléctrico de la luz, debido a su alta frecuencia o velocidad a la que oscila, si tomamos en cuenta el espectro electromagnético, las radiaciones de luz visible oscilan en frecuencias del rango aproximado de Peta-hertz, pero es más coherente expresar estas cantidades en longitudes de onda, estas estarían comprendidas entre los 450 nanómetros a 750 nanómetros (o desde el ultravioleta al infrarrojo). Lo que se sabe actualmente, es que hay dispositivos que pueden detectar la luz solo mediante pulsos, pero no así los picos y valles de estos pulsos. Recae en gran importancia estas altas velocidades de oscilación que alcanza la luz, debido a que esto permite transmitir información en mayor densidad. Es también importante lograr detectar los picos y valles, ya que es allí donde se trabaja para colocar la información, mezclarla con la señal de luz o modularla de manera adecuada en esta portadora.

Para la comprobación de este dispositivo, se usó los pulsos de luces láseres individuales, para detectar los campos eléctricos en tiempo real. Según el profesor Michael Chini, quien es parte del equipo, las limitaciones de los osciloscopios convencionales se rigen a la velocidad en que detectan estas oscilaciones de la luz, pero este dispositivo que desarrollaron puede aumentar aproximadamente su velocidad en un factor de 10000, como señalan.

Como partes importantes de la investigación y desarrollo de este dispositivo tenemos el esquema de medición de disparo único, simulaciones, mediciones de la dependencia de fase envolvente de la portadora, otras mediciones, configuración experimental, recolección y análisis de datos obtenidos, para su posterior publicación.

Y lo que resta por hacer, según el equipo de UCF, es ver hasta donde se puede llegar, qué otros avances puede brindar tal velocidad alcanzada.

Opinión, posibles aplicaciones que se le puede buscar

Sin lugar a dudas esta investigación podría ser una gran revolución, traería grandes avances y se simplificarán muchas cosas, por ejemplo en el campo de las comunicaciones ópticas, pero más concretamente en las comunicaciones cuánticas, ya que recientes investigaciones proponen el uso de nanoantenas o antenas ópticas para más seguridad, entonces tener esta clase de osciloscopios a la mano permite estudiar con más detalle la respuesta que dan estos dispositivos a las señales ópticas, y continuar haciendo mejoras. Otro tipo de tecnología en la que podría volverse útil es en la creación de nuevos paneles solares, más eficientes, estos también podrían usar nanoantenas o algunos semiconductores más adecuados para aprovechar mejor la energía que se capta, se podría igualmente verificar en la pantalla del osciloscopio como se comportan los dispositivos ante la señal de luz solar en directo. Así mismo se podría trabajar de manera más eficiente con el osciloscopio en otros campos como la fotónica, espectroscopía, en la mejora de sensores ópticos, etc.

Referencias:

https://phys.org/news/2021-12-team-world-optical-oscilloscope.amp

https://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_visible

Nueva placa de desarrollo Sparkfun Artemis Global Tracker para internet de las cosas mediante satélite | Sparkfun Iridium | Artemis Arduino | Sparkfun Artemis wifi

Una nueva placa de desarrollo, sacada al mercado por la empresa Sparkfun, funciona en cualquier parte del mundo, incluso en los polos, gracias a la posibilidad de conectividad con satélites Iridium, permite enviar y recibir mensajes de medición cortos, como de temperatura, humedad, la posición, internet de las cosas, entre otras. Se trata de Sparkfun Artemis Global Tracker. Así mismo cuenta con ciertas alternativas muy prácticas, en lo que respecta a la fuente de energía de este módulo así como también un bajo consumo.

Citando de manera general este módulo consta de las siguientes tres partes que son el receptor GNSS u-blox ZOE-M8Q, el módem o transceptor de satélite Iridium 9603 N y el sensor PHT TE MS8607. A continuación se detalla todos los componentes de esta placa de desarrollo:

- Transceptor Iridium 9603 N:

Gracias a su posibilidad de conexión con satélites Iridium, se logra establecer una cobertura global, este módulo también puede ser energizado sin ningún problema por dos supercapacitores de un faradio cada uno, y tiene un cargador exclusivo para ellos el LTC 3225. 

- Receptor GNSS u-blox ZOE-M8Q:

Proporciona el seguimiento de ubicación, este funciona a una altura máxima de 50000 metros, soporta una velocidad máxima de 500 m/s, una precisión horizontal de 2.5 metros, 72 canales de recepción, precisión de rumbo 0.3 grados y una precisión de velocidad de 0.05 m/s.

- Sensor PHT TE MS8607 (presión, humedad y temperatura):

En lo que respecta a la presión su rango de funcionamiento es de 10 a 2000 mbar con un margen de error de 2 mbar, en la humedad relativa su rango es de 0 a 100 por ciento con un margen de error de 3%, para la temperatura este opera entre -40 a 85° C con margen de error de 1° C.

-Procesador:

Posee una antena y radio BLE, memoria RAM de 384k, memoria flash de 1M, velocidades de 48 a 96 MHz, consumo de menos de 5 miliwatts.

-Energía:

Para la parte de energía se tiene incluidas baterías LiPo, Conector USB tipo C, lo que más llama la atención es la posibilidad de conectar un panel solar de hasta 6 voltios. 

-Otros aspectos:

Un conector Qwiic, conectores SMA para las antenas, control de carga de baterías LiPo MCP73831. Pines SPI e I2C, 5 pines GPIO, y 5 I/O digitales.

El módulo promete ser el que controle a todos al anteriores, según sus fabricantes, sus aplicaciones son muy variadas, para lugares remotos como montañas o desiertos, algunas aéreas también, hay más libertad de movilidad siempre y cuando el cielo se encuentre despejado para transmisión o recepción, alertas y control remoto de dispositivos de manera inmediata. 

Otro aspecto a destacar es el pago del servicio, para habilitar la conectividad con el satélite Iridium, este es de 17$ por cada mes que se vaya a usar, no es necesario un contrato anual. En cambio si se va a contratar un proveedor diferente a Iridium, habrá que pagar una tarifa de 60$ para el desbloqueo, se incluye también sistema de facturación.

La placa también se puede integrar sin ningún problema para lograr una comunicación satelital mediante Arduino. Hay también que registrarse en la página Rock7 para habilitar el servicio y vincular sus dispositivos a la red Iridium.

El costo de módulo Artemis Global Tracker ronda los 400 dólares (399.95$), ya está disponible en la tienda en línea de SparkFun, podrás encontrar también otros accesorios y dispositivos similares.

Mira también otro módulo 👈  que realiza una función similar, aunque este ya salió al mercado más antes, es también compatible con Arduino.

En fin, en resumidas este módulo es muy útil para muchas aplicaciones que requieren redes de sensores que se encuentran en lugares muy remotos, o así también para redes IoT muy amplias, que de otra manera tal vez 10 años atrás sería algo imposible lograr esto, es un buen justificativo para su costo, a parte que también hay que pagar por el servicio satelital. Esperemos también que con las nuevas tecnologías satelitales que están por venir, se reduzcan también los costos por estos servicios.

Referencias:

https://youtu.be/u2vDePRDPEE

https://www.sparkfun.com/products/18712

¿Cómo almacenar energía renovable ? | 10 formas de almacenar la energía renovable | Sistemas de almacenamiento de energía renovable | Almacenamiento de energía renovable a gran escala

Las 10 formas de almacenar la energía renovable

Las energías renovables tienen como principal característica, que son de disponibilidad intermitente, y además hay momentos en los cuales llegan a producir mucha energía, llegando a tener un flujo de energía sobrante, por tal motivo se pretende aprovechar esta energía de la mejor manera, hay quienes afirman que se puede vivir cien por ciento de ella, y además lo que se busca sobre todo es reducir las emisiones de CO2 y usar energía más amigable con el ambiente para así evitar el calentamiento global. Por lo tanto hay que buscar usar métodos que puedan almacenar esta energía a gran escala y de manera eficiente, es por eso que citaremos los más importantes:

Baterías de ion-Litio

Esta clase de baterías son las que más usamos comúnmente, pero también se puede extender este uso a gran escala, tal ejemplo de ello son las baterías desarrolladas por la compañía Tesla (Tesla Powerpack), que se las usa por ejemplo para el almacenamiento de energía producida de manera eólica.

Baterías con electrolito sólido

Estas serían una mejora de las actuales baterías de litio, ya que su electrolito líquido puede llegar a ser inflamable, por eso se lo sustituye por un electrolito sólido más adecuado. Tal ejemplo del desarrollo de este tipo de baterías son las que fabrican las empresas Ionic Materials y Toyota. 

Baterías de flujo

Otro tipo de tecnología, son las baterías de flujo, estas tienen dos clases de electrolitos diferentes para cada electrodo de la batería, además su capacidad de almacenamiento de energía es directamente proporcional a la cantidad del electrolito o el tamaño del tanque que lo contiene. También prometen dar alta eficiencia para el almacenamiento de energía

Energía térmica

Otra forma de almacenar energía es en forma de frío o calor, pero para esto se necesita de materiales o compuestos adecuados que pueden retener estos estados térmicos, por tiempos prolongados. Luego este estado térmico es convertido en electricidad o diferencia de voltaje. Estos materiales pueden basarse por ejemplo en carbono para retener calor.

Hidroeléctrica de bombeo

Este tipo de método es muy similar a la producción energía hidroeléctrica que todos conocemos, o igual en principio, pero con la diferencia de que se emplea la energía excedente producida por las centrales hidroeléctricas, para bombear más agua y almacenarla a una altura mayor, con el fin de utilizar si es necesario en algún momento de escasez, para hacerla caer y hacer girar turbinas y producir energía eléctrica nuevamente. Muchos la consideran la más óptima para almacenar la energía renovable a gran escala.

Energía potencial gravitatoria

Hacer caer objetos con el fin de aprovechar la energía potencial almacenada es otro iniciativa, es este caso lo que se hace es apilar objetos, como bloques de hormigón por ejemplo, en una torre que se va haciendo más grande, hasta alcanzar una cierta altura, y desde ahí se van haciendo caer los bloques y así hacer mover generadores. Es un proyecto llevado a cabo por la empresa Energy Vault, y se planea hacerlo trabajar en conjunto con plantas solares y eólicas .

Hidrógeno 

Este método se centra en la utilización del denominado hidrógeno verde H2, este hidrógeno se obtiene mediante electrólisis, el proceso de electrólisis en cambio obtiene energía procedente de otras fuentes renovables como energía solar o eólica. Este hidrógeno verde a su vez también puede ser usado después para almacenar energía, o como combustible. Otra aplicación del hidrógeno es la fabricación de fertilizantes.

Aire comprimido

El aire comprimido se obtiene mediante compresores o bombas, estos a su vez son impulsados por energía excedente de la red eléctrica u otras fuentes renovables, el aire se almacena bajo tierra, también se hace uso de otros sistemas de compensación. El uso que se le da al aire después de ser almacenado es muy similar a la energía hidroeléctrica por bombeo, para hacer girar turbinas y producir electricidad.

Aire frío o líquido

Esta iniciativa es algo parecida a la anterior, con la diferencia que ocupa menos espacio y se almacena aire frío a baja presión, además se reutiliza el frío y no solo el calor producido durante el proceso. El aire se extrae de la atmósfera, se lo limpia, se lo enfría y se lo licua, luego se almacena como aire líquido (no necesita estar bajo tierra), este aire se lo calienta para impulsar turbinas y producir electricidad. La planta igualmente entra operación, con energía excedente de otras plantas.

Baterías de hierro para almacenamiento de energía renovable

Tenemos básicamente dos tipos las de hierro aire y las de flujo que usan hierro. La primera se centra en una oxidación reversible del hierro, es decir al momento de descargarse el hierro se oxida, y al volverse a cargar, el óxido se vuelve a convertir en hierro, y el ciclo continúa. Esta batería promete ser muy eficiente y barata (el kilovatio hora cuesta 20 dólares suministrando energía por cien horas), pero tiene la desventaja de ocupar mucho espacio y ser pesada. Otra ventaja es que su electrolito líquido no es inflamable.

Las baterías de flujo de hierro, principalmente tienen un electrolito que consta de hierro, sal y agua, le que le da también la ventaja de no ser inflamable y ser barata. Se les ha logrado dar una vida útil de 25 años.

Referencias:

https://youtu.be/sQNwqgjp4bg

https://forococheselectricos.com/2021/11/las-baterias-de-electrolito-solido-seran-un-rival-de-futuro-para-el-hidrogeno.html

https://youtu.be/js4IxslSEZU

https://youtu.be/8K1UYwVXQ2I

https://youtu.be/fEXOUvH6kM0

https://youtu.be/R7en9_y_Vu4

Descubren un nuevo método para producir electricidad con calor | Antiferromagnetismo aplicaciones | Materiales antiferromagnetismo | Antiferromagnetismo ejemplos

¿Cómo producir electricidad del calor? Nuevo método

Un estudio referente a nuevos materiales antiferromagnéticos promete ser una mejora para obtener electricidad del calor residual, a diferencia por ejemplo del uso de los semiconductores en generadores termoeléctricos por efecto Seebeck, y de los ferroimanes convencionales, que producen campos magnéticos adicionales no deseados. Es un trabajo publicado en la revista Nature, y que fue realizado por el Instituto Max Planck, con colaboración de la Universidad de Ohio y la Universidad de Cincinnati.

Se intenta aprovechar un fenómeno conocido como efecto Nernst, que está también presente en  los ferroimanes comunes, pero en particular se explora las propiedades de nuevos materiales antiferromagnéticos que presentan de manera anómala este efecto que puede ser utilizado con fines más prácticos. Este efecto Nernst como afirman los expertos,  no debería de existir en estos materiales antiferromagnéticos, pero existe en gran medida en un nuevo material explorado, el YbMnBi2 (su fórmula química).

Anteriormente se había indagado que el efecto Nernst anómalo o ANE se podía producir en materiales ferromagnéticos, con lo cuál se lograba generar electricidad del calor, incluso sin la influencia de un campo magnético. Existe un parámetro conocido como fase Berry que se correlaciona con el ANE, y ésta a su vez lo puede incrementar en mayor cantidad.

Es bien sabido también que el ANE se relaciona con los momentos magnéticos, en especial en los materiales ferromagnéticos. Pero en lo que respecta a los materiales antiferromagnéticos nunca se sospechó de la presencia del ANE, y esto también debido a que en estos materiales los momentos magnéticos externos no son de ninguna manera evidentes o medibles, ni siquiera un campo, y esto también teniendo subredes magnéticas de compensación.

Volviendo a la observación y al estudio de YbMnBi2, este compuesto tiene un récord de ANE encontrado a diferencia de otros materiales antiferromagnéticos, este sería de alrededor 6 mV/K, y esto ocurre debido a un fuerte acoplamiento entre espín y órbita(esto gracias al Bismuto) y estructura de espín no colineal, así también la curva de la fase berry es diferente de cero. Y la topología también es otro factor a tomar en cuenta, aunque primero fue parte en el diseño de imanes.

Esta clase de nuevos materiales antiferromagnéticos, muestran también una buena conductividad eléctrica, pero también lo que llama la atención es que en particular en el compuesto YbMnBi2, es el factor de mérito (ZT) logrado que es anómalo y superior a la de todos los ferroimanes conocidos Pero sin embargo debe seguirse mejorando su rendimiento, aunque señalan, es más alto que el de los ferroimanes.

En síntesis, lo que buscan para aplicaciones más prácticas, es crear generadores termoeléctricos, en donde el flujo de electrones se desplace de manera perpendicular al flujo de calor, y con una estructura más simple que los actuales dispositivos comerciales.

¿Y cuáles son los materiales antiferromagnéticos? 

Son aquellos que presentan la propiedad de antiferromagnetismo, en donde los momentos magnéticos del material están ordenados en pares, en la misma dirección pero con sentido opuesto entre sí. Dan como resultado un magnetismo neto nulo, ya que ambos momentos del par tienen la misma intensidad. En cambio si un momento del par tiene diferente intensidad, se produce una reducción entre sí, pero si se extiende esto en todos los pares del material y se obtiene un momento magnético resultante grande nos referimos a un comportamiento de ferrimagnetismo (aunque se produzca por interacciones antiferromagnéticas), como el caso de la magnetita. Los momentos pueden quedar alineados de acuerdo a la intensidad y sentido de un campo magnético externo aplicado, incluso se puede llegar a anular el antiferromagnetismo, y quedar actuando como un imán permanente.

Otro aspecto que también hay que tomar en cuenta al momento de trabajar con materiales antiferromagnéticos, es la temperatura de Neel, aquella temperatura en la cual este material deja de ser antiferromagnético, para pasar a ser paramagnético. Y esta temperatura puede variar de acuerdo al material, o de acuerdo a sus características.

Opinión:

El efecto Nernst, se produce más comúnmente en semiconductores que en los metales, pero para este trabajo se descubrió un efecto Nernst inesperado en una sustancia que está compuesta solo de metales, lo que nos lleva extender este concepto, aparte del aporte que nos brinda este estudio con respecto al diseño de nuevos dispositivos termoeléctricos más simples y eficientes. 

Algo que no se mencionó, es si este método también se puede aplicar a la inversa, es decir producir diferencia de temperatura mediante el voltaje, y de haber esta posibilidad, se podría pensar tal vez en crear mejores dispositivos que las celdas Peltier, por lo menos en lo que respecta a simplificar su estructura.

Referencias:

https://www.infobae.com/america/agencias/2021/11/26/ciencia-nuevo-horizonte-para-producir-electricidad-del-calor-residual/

https://youtu.be/_t53LGmpWLA

https://youtu.be/yWaQ8mtWz-A

Comunicación cuántica ultra segura mediante nanoantenas | Información cuántica | Tecnología cuántica ejemplos | Tecnología cuántica 2021 | Telecomunicaciones cuánticas

¿Qué son las nanoantenas?

Las nanoantenas son una parte de la nanotecnología aplicada a la transmisión y recepción de radiaciones ópticas (principalmente), en lo que respecta a la recepción estas pueden ser de origen artificial o natural (como la radiación solar o la infrarroja). La nano antena se comporta como una antena común y corriente, o que todos conocemos en el ámbito de las radiocomunicaciones, con la diferencia que opera a frecuencias más elevadas, aproximadamente entre los Terahertz y un poco más allá. El parámetro que define muchas veces el tamaño de la antena es la longitud de onda, por tal motivo a frecuencias tan elevadas tendremos longitudes de ondas diminutas, a diferencia de frecuencias más bajas como las de radio o microondas, con las que se pueden trabajar con antenas que son más fácilmente visibles o de mayor tamaño. 

Los fines prácticos que se les ha estado buscando a estas antenas son por ejemplo espectroscopia no lineal, detección de luz visible o no visible, dispositivos fotónicos, manipulación de luz de campo cercano, en las telecomunicaciones, en estas ocasión nos centraremos más en este último aspecto. Otra aplicación interesante que se le puede dar estas antenas, es en la mejora de las celdas solares, al recolectar de manera más eficiente la radiación solar, a diferencia del silicio y otros compuestos químicos que también absorben la luz solar, pero esta clase de tecnología aún está en fase de desarrollo y será motivo de otra publicación más adelante; como se mencionó, solo nos centraremos en su aplicación a las telecomunicaciones cuánticas seguras.

Nanoantenas de plasmón de superficie para comunicaciones cuánticas

En los últimos años el desarrollo de las comunicaciones a adquirido vital importancia, esto debido a que en nuestro día a día ya son una herramienta indispensable, por tal motivo y debido a la globalización que se ha alcanzado, cada vez más personas están conectadas ya sea al internet o a las redes celulares, en fin, por tal motivo las redes de información necesitan ser cada vez más seguras, por lo cual se ha pensado también en implementar las tecnologías cuánticas a estas redes, para así crear medios de transmisión más confiables. La capa física es también una prioridad, y por tal motivo se ha pensado también en usar dispositivos de recepción más seguros y prácticos, un ejemplo de ello son las nanoantenas u antenas ópticas. Es así que un trabajo reciente desarrollado por investigadores de la Universidad de Osaka en Japón, busca el uso de esta clase de antenas que son nanoestructuras metálicas, para mejorar la conversión de fotón a electrón. 

Lo que se desea con estas últimas investigaciones es cambiar la forma clásica de transferencia de información mediante unos y ceros, o lectura solamente de encendido y apagado, por una lectura más complicada que consiste en el spin de los electrones y la polarización de fotones, dando así mayor seguridad y evitar intromisiones. Se pone énfasis en mejorar la absorción de los fotones en un factor de 9, ya que actuales tecnologías cuánticas que se usan en repetidores no son muy eficientes, en estas es más común el material arseniuro de galio. Luego de darse esta absorción de fotones así mismo se desea una conversión eficaz a electrones, para el caso de las nuevas antenas propuestas, estas serían unos anillos concéntricos hechos de oro. El propósito de estos anillos concéntricos es encaminar la luz a un solo punto, en el centro, conocido como punto cuántico, obteniendo así una diferencia o lectura de voltaje, detectando así un cambio, esto pasa muy desapercibido por los dispositivos de arseniuro. 

Los puntos cuánticos, son semiconductores de escala nanométrica que serían los que se encargan almacenar ese cambio de voltaje detectado, luego de ser transferido desde la antena. Lo que sería interpretado como el cambio de estado de los bits, entre unos y ceros, pero esto es de una manera cuántica. Además, señalan que no solo se obtiene electrones provenientes de los puntos cuánticos, sino también más electrones sobrantes que se distribuyeron por otras partes del dispositivo, pero no obstaculizan la lectura principal. Además, afirman de que la absorción puede mejorar teóricamente a un factor de 25.

Estas antenas nanométricas son las denominadas antenas de plasmón de superficie, y tienen la esperanza que se pueden usar para enlaces de comunicación (ópticos) de larga distancia seguros, o que hagan uso de propiedades cuánticas para transmitir información.

Referencias:

https://youtu.be/jhdwPoR7YJ8

https://scitechdaily.com/a-nanoantenna-for-long-distance-ultra-secure-quantum-communication/amp/

https://youtu.be/HhHLYJAkQn8

Paneles solares de perovskita prometen ser más eficientes que los de silicio | Silicio y perovskita | Panel solar potente | Celdas solares de perovskita características

Paneles solares de perovskita y posibles mejoras

En las últimas décadas se ha estado buscando nuevas alternativas o nuevos compuestos que permitan superar la eficiencia de los convencionales paneles de silicio, y una de estas propuestas son los nuevos paneles de perovskita.

El problema con los paneles solares de silicio es que solo ofrecen una eficiencia del 20 % para absorber la energía solar, se ha logrado hacer mejoras pero solo se ha llegado a un 25%, y además esta tecnología de silicio es costosa. En cambio los paneles solares de perovskita prometen ser más económicos y de una fabricación más sencilla.

El proceso de desarrollo e investigación de los paneles de perovskita no fue siempre fácil, desde que se empezó alrededor del año 2009, solo se logró obtener una eficiencia de 3.5 %. Más tarde a partir del año 2012 se logró ir aumentando la eficiencia de estos paneles, empezando con un nuevo tipo de perovskita cuyo compuesto es Metilamonio de yoduro de plomo, llegando así en unos años posteriores a lograr eficiencias muy cercanas a las del silicio, de alrededor del 22%, tomando en cuenta esto, tendríamos las mismas eficiencias del silicio pero con un costo más económico. 

Otro aspecto a tomar en cuenta es la vida útil de los paneles solares, por ejemplo los paneles solares comunes de silicio, pueden llegar a durar más de 20 años, los paneles solares de perovskita desde sus primeros desarrollos, han ido aumentando su vida útil, desde unas pocas horas, 4 meses, hasta 4 años con las últimas mejoras. Sin embargo las celdas de silicio las continúan superando en este aspecto, pero continúan las investigaciones para mejorar el desempeño de las celdas de perovskita. 

Al ver el alto rendimiento que aún tienen los paneles de silicio en lo que se refiere a vida útil, una nueva iniciativa busca combinar ambas tecnologías de silicio y perovskita, en una estructura en tándem. En este sentido mostraremos el siguiente ejemplo que combina ambas tecnologías y se obtiene alta eficiencia.

Muy cerca del 30% de eficiencia con celdas solares de tándem

Las perovskitas han empezado a tener gran importancia desde 2008 al convertir de manera muy eficiente la energía solar en electricidad, y en conjunto con el silicio se pretende mejorar aún más esta eficiencia. Es por eso que gracias a los trabajos dirigidos por Steve Albrecht, Bernd Stannowski, y Christiane Becker, pertenecientes a HZB, se ha logrado desarrollar una celda solar en tándem que combina silicio y perovskita, la misma que logró obtener una eficiencia de conversión del 29.8%, o que ya es muy cercana al 30%, lo cual ya ha sido documentado y certificado.

Lo que destaca en esta celda en lo referente a estructura y diseño, es la cara frontal de silicio nano texturizado y la cara posterior con reflector dieléctrico. En lo que respecta al silicio nano texturizado, fue un arduo trabajo demostrar que una superficie nano texturizada rinde mejor que una superficie plana, que empezó con una simulación para estimar y calcular la densidad de fotocorriente hasta llevar este trabajo a la práctica, se empieza desde las nanoestructuras, se continúa con las sub celdas, y se termina con la toda la celda solar en sí, lo que lleva a un mejor rendimiento y estructura. En lo que respecta al reflector dieléctrico este se ha diseñado y optimizado principalmente para reflejar también la luz infrarroja hacia la cara de silicio, siendo absorbida por esta, o con el fin de aprovechar todo el espectro de luz, contribuyendo así también en la mejora del rendimiento y aumento de densidad de fotocorriente.

Estas fueron unas investigaciones que arrancaron desde 2008, y señalan que su mejora continua es aún viable, y que en poco tiempo se logrará superar la eficiencia del 30%, que actualmente se la consideraba como un límite teórico, todo depende de optimización mediante la nanoestructuración de las caras.

Opinión:

Pienso que es un gran aporte, esta mejora que se le da al desempeño de las celdas solares, y que ha logrado subir de un 20% hasta cerca de un 30%, lo que nos lleva a un aumento de casi el 10% y con un costo más bajo que el silicio por si solo, sin embargo esta clase de trabajos están todavía en fase experimental, y poco a poco se los está llevando a la práctica o al uso cotidiano, y además hay que tener en cuenta es su grado de impacto ambiental, sobre todo al momento de quedar obsoletas. Sin embargo me parece que es un poco pobre el rendimiento de 30 %, por lo cual tal vez otra clase de tecnologías si puedan alcanzar un rendimiento superior, como es el caso de las nano antenas o antenas ópticas, que permitan así captar todo el espectro de luz solar (desde los infrarrojos hasta la luz ultravioleta). 

Referencias:

https://youtu.be/q18NV_w0dQw

https://www.chemeurope.com/en/news/1173661/almost-30-efficiency-for-next-generation-tandem-solar-cells.html